自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【含CATIA三維及1張CAD圖】
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附錄 1：外文翻譯礦用自卸卡車的氣動特性及頭部形狀的改善魏 Xiu-ling 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院、吉林大學(xué)、長春 130022 年,中國航空機(jī)械工程學(xué)系,空軍航空大學(xué) 130022 年長春,中國,電子郵件:wei411036@163.com王 Guo-qiang 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院,吉林大學(xué),長春 130022 年中國風(fēng)蘇里基礎(chǔ)科學(xué)部門,裝甲技術(shù)研究所,130117 年長春,中國(2008 年 3 月 6 日，2008 年 6 月 13 日修訂)文摘:對某礦用自卸卡車的外流場進(jìn)行了模擬。討論了氣流結(jié)構(gòu)和氣動阻力，得到了氣流特性與氣動阻力的關(guān)系。為了解決卡車頭部形狀的問題，通過數(shù)值模擬和分析，提出了三種方案，分別是邊舍入邊、安裝分流面和組合。模型和方法被選為三維和時間無關(guān)的。用有限體積法求解了雷諾-平均納維-斯托克斯方程。選擇 RNG k-模型來封閉紊流量。結(jié)果表明，第三種方案是最好的，因?yàn)槠錃鈩犹匦詢?yōu)于未改進(jìn)的模型。關(guān)鍵詞:自卸車，外流場，數(shù)值模擬。1.介紹礦用自卸卡車主要用于各種礦山和地面站。由于其工作條件差，路面較低，且經(jīng)常起動、制動和轉(zhuǎn)向，負(fù)荷過重，外部負(fù)荷復(fù)雜。目前，設(shè)計(jì)人員對自卸車的強(qiáng)度和剛度的要求越來越重視，其部件滿足各種要求，很少考慮其氣動特性和氣動設(shè)計(jì)。據(jù)報(bào)道，我國大約有 9000 輛礦用自卸卡車[1,2]，一般負(fù)荷超過 20 噸，油耗和污染排放顯著增加。由于節(jié)能和對環(huán)境保護(hù)的要求，需要通過降低自卸卡車的空氣阻力來提高自卸車的燃油經(jīng)濟(jì)性。關(guān)于重型車輛空氣動力學(xué)的大量信息可以在至少 20 世紀(jì) 70 年代早期的公開文獻(xiàn)中找到。這些工程大多涉及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、道路測試和計(jì)算模擬。參考文獻(xiàn)[3-5]聯(lián)合風(fēng)洞和計(jì)算模擬，以減少卡車空氣阻力，導(dǎo)致減阻裝置的智能設(shè)計(jì)。在 Ref.[6]中引入的全面測試提供了計(jì)算驗(yàn)證的詳細(xì)數(shù)據(jù)、減阻設(shè)備的指導(dǎo)和風(fēng)洞測試指南。這些已發(fā)表的作品都不包括對礦車的氣動參數(shù)的研究或?qū)ζ錅p阻的研究。摘要在分析礦山傾卸卡車外部流場的速度場和壓力場的基礎(chǔ)上，給出了氣動阻力的變化規(guī)律。為了解決卡車頭部形狀的氣動問題，通過數(shù)值模擬和分析，提出了改善頭部形狀的三種方案。2.計(jì)算模型和網(wǎng)格2.1 計(jì)算模型對一輛礦車的三維計(jì)算模型進(jìn)行了以下假設(shè)，忽略了外部鏈接和車架附件的影響，將卡車底部作為平面處理?？諝獗徽J(rèn)為是不可壓縮的，所以可以計(jì)算出傾卸卡車周圍的穩(wěn)態(tài)流場。自卸卡車被認(rèn)為是在沖擊荷載狀態(tài)下，以恒定的速度行駛在平滑的道路上，忽略了邊坡和橫風(fēng)的影響。根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]。車輪表面被修整到 10o 和 350o，然后垂直的邊界下降到地面。所以輪子與地面的接觸是一個矩形?；谏鲜黾僭O(shè)，它是某一類型的采礦自卸車的 1/10 比例復(fù)制品，如圖 1 所示。它的長度為 765 毫米(L)，高度為 370 毫米(H)，寬度為 349 毫米(W)。圖 1 簡化模型2.2 計(jì)算域和網(wǎng)格生成。計(jì)算域是由 2L 在模型前面，5L 在后面，4H 在頂部，2W 在每邊。圖 2 礦用自卸車網(wǎng)格圖的一部分。為了克服復(fù)雜幾何、大計(jì)算域和大網(wǎng)格數(shù)的困難，該域被分解。在本研究中，通過在卡車周圍創(chuàng)建一個平行六面體箱，將該域分解為 18 個部分。包含卡車的盒子里裝滿了四面體細(xì)胞，而其他的部分則含有六面體細(xì)胞(見圖 2)。該網(wǎng)格是由 Fluent Inc.開發(fā)的商業(yè)幾何和網(wǎng)格構(gòu)建工具 GAMBIT 生成的。離卡車越遠(yuǎn)的地方，網(wǎng)格就越稀疏。由于尾跡區(qū)對卡車的空氣動力學(xué)特性有很大的影響，所以卡車后面的文章網(wǎng)格更加密集。本文所創(chuàng)建的網(wǎng)格包括四面體細(xì)胞、六面體細(xì)胞和金字塔細(xì)胞。3.數(shù)值模擬3.1 數(shù)學(xué)模型由于外部流場可以被認(rèn)為是不可壓縮流，所以利用時間平均守恒方程來計(jì)算流動?，F(xiàn)在方程在笛卡爾坐標(biāo)系中給出。連續(xù)性方程是（1）0xuji??動量方程（2）iijjij xp)τu（ρx????本構(gòu)方程（3）ijkτijτij δxuμ32s???動蕩的粘度（4）εKρCμ2τ?空氣的密度 ρ,u 速度相對于卡車,p 的平均壓力,μ 空氣粘度,湍流粘度,K湍流動能,湍流耗散率,相關(guān)系數(shù)和粘度,應(yīng)力張量,和 ij 年代染色率張量。j)0(iS),xu(21Sijjiij ?????iij選擇 RNG 湍流模型，是因?yàn)樗笆褂昧艘幌盗蓄愃频膯栴}(8,9)，精確到更高的應(yīng)變率和漩渦流[10-12]。時間平均湍流動能方程。(5)ρεSμ)xk(αx)(ρk2τiεfji ????時間平均湍流耗散率方程(6)kερC)xε(αx)(ρk21εjfkji ????這里 0.12β4.37,η,εkSη68,C,β)(1.9,α,S20.845,,μ0 ije1e 30e1ek ijtef???????3.2 邊界條件u∞用作一個恒定的速度入口邊界條件在 v 和 w 強(qiáng)加于零,u,v 和 w x,y 和z 分量的速度相對于卡車。開礦傾卸車的最大速度為 52 公里/小時(14.44 m/s)。湍流強(qiáng)度比和湍流耗散率是過程默認(rèn)值。出口邊界條件為零相對靜壓。移動墻地平面(= uu∞)指定邊界條件來模擬道路條件[13]。自卸卡車頂部和兩側(cè)的計(jì)算區(qū)域足夠?qū)?，足夠高，可以忽略這些邊界的影響，因此選擇進(jìn)口的條件[14]。3.3 數(shù)值方法在本文中，所有的守恒方程和湍流模型方程都是用基于有限體積法的 CFD軟件 Fluent 求解的。對對流條件采用了一階逆風(fēng)法，對彌散性特爾馬進(jìn)行了中心差分。為了評價壓力-速度耦合場，采用了著名的簡單算法。4 結(jié)果與討論4.1 空氣動力空氣動力在表 1 中給出。力包括壓力和粘性力。通過計(jì)算，自卸卡車的氣動阻力系數(shù)為 0.9184。實(shí)測車輛滑行試驗(yàn)測量的空氣動力阻力系數(shù)為 0.89[15]。兩個結(jié)果之間的誤差為 5%，表明計(jì)算模擬結(jié)果是可信的。表 1 氣動力和阻力系數(shù)。4.2 流動結(jié)構(gòu)圖 3 顯示了卡車表面的壓力輪廓，圖 4 為=0z 截面的速度矢量。迎面氣流在卡車前部分為兩個區(qū)域，其中一個在頂部，一個在卡車的底部(見圖 4)。通過保險杠，流體從底部的運(yùn)動被提升到后面的壓力峰值沿著底部。頂部的流也被分成兩個區(qū)域，在閥罩的流動過程中。一個在底部，形成漩渦，讓身體在駕駛室底部和身體之間的空間停下來。下一步是與底流合并，穿過車輪與地面之間的空隙，并沿下游路徑進(jìn)入尾流區(qū)。另一種流動的速度在身體的上邊緣加速，在身體的前部形成一個低壓區(qū)。然后，水流繼續(xù)流向下游，形成一個巨大的漩渦，因?yàn)樯眢w的形狀。下一步是將它們重新附著在身體的表面，并與后面的氣流合并。在向上流動的過程中，由于自卸車的形狀，在車頂、駕駛室、車身和車身前部形成了一個較大的正壓區(qū)域(見圖 3)。這是形成自卸卡車壓力的主要原因。圖 3 自卸汽車的表面壓力輪廓圖 4 z=o 時的速度矢量圖 5 顯示了從卡車尾部各部分的速度矢量的結(jié)果?？梢钥闯?，在靠近尾部的區(qū)域，渦流非常復(fù)雜，因?yàn)榭ㄜ嚨男螤钍遣粚ΨQ的。隨著渦旋沿著下游延伸，渦旋逐漸合并成一對渦旋與相反的方向旋轉(zhuǎn)，在遠(yuǎn)后方的強(qiáng)度變得較弱。圖 5 在不同位置時的速度矢量圖5 從卡車形狀的氣動性能上研究頭部形狀的改善其不足主要是由于前緣基本上是一個方形的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致頭部的空氣動力特性惡化，而面對風(fēng)面積較大。這些因素使車輛的頭部成為空氣阻力的主要來源。為了提高傾卸車的氣動性能，提出了三種頭部形狀改進(jìn)方案，并對其進(jìn)行了數(shù)值模擬。進(jìn)行了以下研究。5.1 頭型改善方案第一個方案是改變自卸車的形狀。因?yàn)轭^部形狀基本上是一個方形的結(jié)構(gòu)，在引擎罩的邊緣，平臺和身體的頭部是圓形的。發(fā)動機(jī)罩的半徑為 10 毫米，其他零件的半徑為 5 毫米。這些變化之后，卡車模型如圖 6 所示。圖 6 變化之后的卡車模型二是減少面向空氣的面積。由于氣流對機(jī)體的影響范圍非常大，因此在傾卸卡車的頭部形成了一個較大的正壓區(qū)域。為了解決這個問題，拆分機(jī)安裝在機(jī)身前部 (如圖 7 所示)，因?yàn)樵?Ref.[16,17]中使用了類似的設(shè)備來減少拖拉機(jī)拖車的阻力。圖 7 安裝分束器飛機(jī)后的卡車模型第三種是將第一種與第二種相結(jié)合，通常是改善邊緣和朝向風(fēng)區(qū)。在模擬上述三種情況下，計(jì)算了該區(qū)域的初始條件和條件。邊界條件將與前一個模型相似。通過計(jì)算，我們可以得到改進(jìn)的卡車氣動性能的數(shù)值結(jié)果。 圖 8 自卸汽車在 z=0 時改善前后的對比圖5.2 原型與改進(jìn)卡車的對比5.2.1 壓力輪廓的比較=0 z 截面圖 8 顯示了原型和改進(jìn)卡車在=0 z 部分的壓力輪廓?？梢钥吹?，氣流通過引擎蓋和車身頂部平滑地流動。在車頂和車尾的壓力輪廓變得稀疏，壓力梯度降低。在機(jī)身前部安裝了分裂機(jī)后，在車身前部和卡車尾部的壓力輪廓都是稀疏的。它降低了整個卡車的壓力阻力。第三個場景集成了前兩個程序的優(yōu)點(diǎn)，使壓力減阻更顯著。5.2.2 改進(jìn)后的卡車阻力系數(shù)比較，如表 2 所示。表 2 改進(jìn)前后氣動阻力系數(shù)。改進(jìn)后的卡車的氣動阻力系數(shù)均減小。第一種情況減少 3.8%，第二種減少6.59%，第三種減少 13.7%。第三種情況的氣動特性比其他的要好。因此，在氣動外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)盡量使形狀順利進(jìn)行，同時安裝額外的設(shè)備以減小頭部的壓力。6 總結(jié)通過計(jì)算得出礦用自卸卡車的阻力系數(shù)很大。因此，有必要對礦用自卸卡車的氣動特性進(jìn)行研究，并采取相應(yīng)的措施來減少阻力和動力消耗。礦用自卸卡車的主要?dú)鈩幼枇碜杂谧孕犊ㄜ嚽暗妮^大的正壓區(qū)。根據(jù)卡車頭部氣動形狀的缺陷，提出了三種改進(jìn)卡車形狀的方案。通過對比發(fā)現(xiàn)，第三種方法比其他方法更好，使卡車的氣動特性大大提高。因此，在氣動外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)盡量使形狀順利進(jìn)行，同時安裝額外的設(shè)備以減小頭部的壓力。附錄 2：外文原文